沙烏地阿拉伯一個研究團隊成功開發出一款具備高度靈敏度且成本效益的新型氫氣偵測裝置,實驗結果顯示,其性能表現優於目前市面上的商業氫氣偵測器。
綠氫作為一種透過再生能源電解水產生的能源載體,燃燒後僅生成水蒸氣和能量,因此被視為極具潛力的「潔淨」化石燃料替代方案。然而,氫氣無論以氣態或液態形式存在,都具有潛在的爆炸危險性。
這款新型裝置核心材料是一種名為 DPP-DTT 的半導體聚合物,透過旋塗技術沉積在一對鉑電極上。當該裝置暴露於氫氣環境中時,流經裝置的電流會顯著降低,降幅最高可達一萬倍。值得注意的是,這種電流的快速下降(在不到一秒內發生)與偵測到的氫氣濃度呈現直接的對應關係。
這款新型氫氣偵測裝置能在室溫下運作,並且能夠偵測到低至十億分之 192 (192 ppb) 的微量氫氣,同時功耗極低,僅約 2 微瓦,相當於石英或機械手錶的耗電量。實驗室測試證明,該裝置在廣泛的溫度和濕度範圍內都能穩定運行,並可維持長達兩年的功能性。
此外,該感測器還能有效偵測到乙醇、丙酮等揮發性分子混合物以及複雜氣體混合物中的氫氣。唯有在完全缺乏氧氣的環境下,其偵測功能才會失效,而氧氣是該裝置運作機制中的關鍵要素。
其運作原理在於,空氣中的氧氣會進入聚合物並從材料中抽取電子,進而增加流經裝置的電流,並在聚合物內部和電極上留下氧原子。當環境中同時存在氫氣時,氫氣也會穿過聚合物到達電極,並分解為吸附在鉑表面的氫原子。
這些氫原子隨後與氧原子結合形成水,並以水蒸氣的形式逸散。因此,環境中氫氣的存在會導致裝置內氧含量的減少,進而降低電流,以此作為氫氣存在的訊號。
研究團隊進一步發現,採用低成本的網版印刷技術同樣能將 DPP-DTT 沉積到電極上,並製造出性能相近的感測裝置。他們指出,這種感測器有望以低廉的成本進行量產,使其成為快速識別氫氣洩漏的一種經濟且實用的解決方案。